Continue la Le meilleur de la technologie 2022, le classement des principaux événements d’ingénierie de 2022 selon FormulaPassion. Après le Fast Burning System, l’innovant moteur à combustion à préchambre développé par Italtecnica, le bilan passe à l’étude d’un moteur thermique à hydrogène menée par Porsche. En août, la marque allemande a publié les résultats de quelques simulations virtuelles menées sur un hypothétique moteur à combustion à hydrogène, puis évaluant ses performances au Nurburgring Nodschleife, toujours dans un environnement virtuel. En 2022, les annonces de réalisation concrète de prototypes thermiques à hydrogène n’ont pas manqué, comme le concept Toyota avec Corolla Cross H2 ou l’unité de compétition AVL Racetech d’une puissance spécifique d’environ 200 chevaux au litre. A l’heure actuelle, l’étude Porsche ne s’est cependant pas encore transformée en prototype physique, mais le caractère purement investigateur des simulations menées, sans secret industriel particulier à conserver, a permis de révéler plus de détails sur la combustion de l’hydrogène.
Vincent Bevilacqua, Senior Expert Engine Simulation de Porsche Engineering, a répondu aux questions de FormulaPassion sur l’étude réalisée en octobre, décrivant avec précision les avantages de la combustion de l’hydrogène par rapport aux carburants traditionnels. Cela commence à partir de 13% d’énergie supplémentaire peut être extraite de la combustion stoechiométrique avec 1 kg d’air par rapport à la combustion de l’essence, jusqu’à une vitesse de flamme laminaire d’environ 220 cm/s, six fois supérieure à celle de l’essence. L’hydrogène a également un pouvoir antidétonant élevé, avec un indice d’octane autour de 135considérablement plus élevé que l’essence traditionnelle, tandis que la large limite d’inflammabilité permet des dosages variables avec un lambda compris entre 0,2 et 10, contre les 0,4-4 des carburants traditionnels. Prises ensemble, ces caractéristiques contribuent à l’obtention de rendements élevés, grâce par exemple à l’utilisation de taux de compression élevés en exploitant la puissance anti-cliquetis élevée. Porsche a également fait le choix de simuler une combustion hyper-pauvre avec un lambda supérieur à 2,3, pour contenir les hautes pressions et températures générées par la combustion plus rapide de l’hydrogène. L’étude a révélé que le moteur à hydrogène est très efficace à n’importe quel régime, avec un rendement de plus de 40% dans une large région de la carte moteur et avec un pic de 42%, contre les 30-35% pouvant être obtenus à partir d’un thermique traditionnel à la pointe de la technologie.
Pour garantir une alimentation en air adéquate pour créer des mélanges hyper-pauvres, Porsche a opté pour le système de suralimentation SC-VNT proposé par Garret composé de deux compresseurs, dont chacun a un double étage séquentiel avec une compression inter-réfrigérée et entraîné par un 48 Volt moteur électrique. Le mélange extrêmement pauvre contribue également à faire baisser les températures et avec elles les émissions de NOx, la principale préoccupation des sceptiques de l’hydrogène, au point de être en mesure de retirer le système de post-traitement des gaz d’échappement. Enfin, le très haut rendement signifie que la température des gaz brûlés est plus faible que dans les moteurs traditionnels, car il y a moins d’énergie résiduelle grâce à la capacité du moteur à tirer le meilleur parti de la combustion. Tout cela, combiné à la maîtrise des températures dans la chambre, réduit les contraintes sur les matériaux, la charge de travail demandée au système de refroidissement et indirectement la résistance aérodynamique liée à la circulation de l’air dans le compartiment moteur, dite traînée de refroidissement.
L’étude de Porsche a été la plus grande opportunité en 2022 pour sensibiliser aux limites et au potentiel de la combustion de l’hydrogène, une technologie que l’industrie regarde avec un intérêt croissant. Dans une période où le devenir du moteur à combustion interne apparaît de plus en plus incertain, l’hydrogène se présente comme le principal candidat, avec les carburants biologiques et/ou synthétiques, pour assurer l’avenir des moteurs à combustion interne. Et qui sait, Porsche décidera bientôt de transformer son étude en réalité, en créant concrètement un prototype de ce qui est resté jusqu’à présent dans un environnement virtuel.